龙华港泵闸外移工程中的设计亮点与施工难点

1、概述
龙华港河道位于上海市区西南部，西起蒲汇塘下游新道与漕河泾港汇合处，东排黄浦江，是上海市水利分片综合治理中淀北片的最大排涝口门。龙华港老泵闸位于徐汇区龙华港河道，距黄浦江河口约1.63km，由一座套闸和一座泵站组成，闸孔净宽12m，泵站流量30m³/s。老泵闸主要功能为防洪、挡潮、排涝、水资源调度及航运（后取消），有双向过水要求。近年来随着城市建设的迅速推进和城市功能的不断提升，龙华港老泵闸无论从泵闸位置还是从泵站规模上看，均已不能适应社会经济发展的需求。根据规划，新建龙华港泵闸的闸门宽度保持12m不变，泵站外排流量将达到90m³/s，占了淀北片规划泵站排涝总流量的近30%。
新建龙华港泵闸距离黄浦江约200m，位于河道的顺直段，上、下游均有一定长度的引渠，防洪岸线长度适中，水流平顺，适合泵闸的运行，泵闸进出水流条件较好。新建泵闸主要任务是防洪、挡潮、排涝及水资源调度。泵闸总体布置采用“泵+闸+泵”布置形式，即节制闸布置在河道中间，泵房对称布置在闸两侧；因南侧受限制，整体靠北布置。
新建泵闸规模按照规划规模设计，节制闸闸孔宽度12m，泵站设计流量为90m³/s。泵闸底板为整体式钢筋混凝土结构，尺寸35×40.6m。闸室底槛顶高程-1.5m（上海吴淞零点，下同），闸门采用中铰上翻门，不需设启闭机排架，支铰设置在两侧闸墩上，为便于检修，并设在内河常水位以上，启闭设备为液压启闭机。节制闸消力池与闸室结合布置，并在节制闸的内、外河侧各设一道检修门槽。
水泵机组选用4台单向斜30^o轴流泵，单泵流量22.5m³/s，水泵机组中心线间距6.5m，每侧布置2台，水泵分两期安装，一期安装靠节制闸侧的2台。单侧泵房宽度为14.3m，进水池底板顶高程-3.50m，出水池底板顶高程-2.00m。泵房的上部结构为框架结构，横跨节制闸通长布置，内设吊车梁和桥机，可跨越节制闸闸孔，两侧泵房合用一台桥机。利用节制闸上部空间作为安装检修间，用作水泵的安装及检修，减少占地面积。泵站内河侧设清污机，安装平台高程4.50m，清污机后设一道检修门。交通桥布置在泵闸内河侧，净宽7m，连接两岸交通。内河侧墙顶高程4.50m，外河侧墙顶高程6.90m。
 
2、设计亮点
（1）常规泵闸工程将安装检修间布置在端头，龙华港泵闸外移工程中采用泵闸对称布置，若按照常规，安装检修间需两端同时布置，则增加泵闸的总宽度。而龙华港泵闸外移工程在设计中将泵房上部的厂房通长布置，节制闸置于厂房内，行车横跨整个厂房，节制闸上部空间则布置为安装检修间，用做水泵的安装或检修，从而节省了横向空间尺寸。
（2）由于节制闸位于中间，若闸室与泵房下部结构各自独立，则闸室与泵房之间需设沉降缝，闸室布置成坞式结构，从而造成整个泵闸的横向宽度相对较大。因此，考虑闸室与泵房共用大底板（35m×40.6m），将两侧泵房的边墙与闸墩合二为一，节省闸墩尺寸。
泵闸共用大底板
（3）常规设计中泵房内机组之间需设置隔墙，以增加泵房下部结构的刚度。龙华港泵闸采用的泵房结构刚度已能够满足要求，将隔墙取消，从而增加泵房内的空间，并节省工程量。
（4）老闸拆除位置常规做法是将老闸拆除后新建护岸，而本次设计内闸首则采用上部拆除，下部保留泵闸底板、顶板、墩墙而拆除横隔板的方案，形成了3孔通水结构，过水断面满足规划断面要求，顶板布置成景观平台，两侧设通行扶梯，兼做人行交通桥。外闸首仅仅拆除上部排架及闸门，交通桥保留，减少墙后开挖及对墙后建筑物的影响，过水断面维持现状。
（5）为验证工程布置的合理性、不同工程布置条件下工程区域流场流态、水流、流速变化情况以及工程运行对黄浦江的影响，设计向有关规划部门收集了流量水位过程线等有关计算边界条件，通过建立数学模型，对工程布置进行分析优化，使工程布置更趋合理。并通过数模计算，论证工程规模，分析研究现状河道规模对新建泵闸功能发挥的限制。
（6）在水泵设计中，根据电机的型式和转速，在电磁回路、通风方式、机械加工等方面采用有效措施，尽可能降低运行噪音。
（7）在金属结构设计中，采用中铰上翻门作为节制闸门型，该门型不需设置上部排架，建筑物高度易于控制，且检修维护方便，翻起后可直接在其上进行检修。
（8）为保证在施工期间不断流，设置了可靠的导流措施。利用北侧规划陆域控制范围内的现有场地布置导流涵洞，既解决施工期导流的问题，又通过一次布置围堰，使主体结构同步实施，更有利于控制主体结构的不均匀沉降，缩短施工工期。
（9）考虑到大体积混凝土的温度裂缝控制问题，提出了部分温控措施，如优化水灰比，选用合适骨料、低水化热水泥，掺加外掺剂，降低混凝土浇筑温度；同时混凝土分层分块浇筑，浇筑时埋设冷水管，温度计和应变计进行温差测控等；
（10）龙华港泵闸外移工程中采用了新型电力专用在线式UPS电源系统，为计算机监控系统提供了可靠稳定的不间断电源。它由联成主从热备方式的二台UPS组成，每台UPS正常均工作于在线工作方式，当检测出交流故障时，系统在无瞬间断电的情况下，自动切换到由直流经逆变、隔离升压变、滤波单元输出，只有当交流、直流输入均发生故障时，系统切换到电子旁路供电，其切换时间小于4ms。
（11）为保证底板及地基安全，分析底板的受力情况，对泵闸大底板等重点关注的结构进行了三维有限元仿真分析，模拟其施工浇筑过程，进行非稳定温度场及温度徐变应力场的研究，考查施工过程及温度徐变应力场对底板结构受力状态的影响，得到结构的变形、应力等指标，为底板配筋设计和温控提供直接的数据支持。
 
3、施工难点
3.1 泵闸基坑围护施工
龙华港泵闸外移工程中基坑围护范围为泵闸主体结构、进出水池及内外河海漫段。现状地面高程4.50m，围护结构顶高程定为4.50m，基坑最深基地面高程-5.1m，基坑深达9.6m，为深基坑。根据工程环境保护要求，基坑安全等级为二级，采用灌注桩加钢管撑体系围护。
基坑围护施工主要内容为围护桩施工、基础桩施工、土方开挖等。
龙华港泵闸是重要的防渡汛工程，汛期来临前需具备运行条件，由于基坑围护工程部分桩基础需在汛后截流后施工，因此工期十分紧张；内外河围堰间距离212m，南北两岸间距离43.70m，整个基坑长度长，跨度大，施工作业面大。根据围护桩入土深度和支撑系统情况，基坑围护结构分为四种类型，型式多样；同时部分围护钻孔灌注桩有外露部分，不能一次成型，需要后期接桩，施工流程复杂；工程地处上海市徐汇区，四周环境复杂，基坑开挖后须对基坑采取维护措施，基坑维护要求高。
3.2 泵闸大底板施工
泵闸主体为泵+闸+泵结构，底板尺寸35×40.6m。按照底板顶面及上部结构不同，将底板分为三个部分，其中泵室南侧、北侧垂直水流方向各宽14.3m，闸室垂直水流方向宽12.0m。泵室底板底高程-5.0m，最高处底板顶高程-1.30m，最大厚度3.70m（集水井部分除外）。闸室底板底高程-5.0m，最高处底板顶高程-1.50m，最大厚度3.5m，底板属大体积混凝土。底板施工主要包括钢筋加工与安装、预埋件安装、止水片连接与安装、模板加工与安装等。
底板浇筑为整个泵闸工程中单次浇筑方量最大、强度最强，时间最长的仓位，为保证大底板混凝土浇筑质量，防止产生裂缝，浇筑前，优化混凝土配合比，减少水泥用量，降低延缓混凝土水化热和温升并对全体施工人员进行全面的技术交底；浇筑过程中，利用时空效应降低混凝土入仓温度，在此基础上，通过掺入防渗纤维UF500材料和HEA膨胀剂来提高混凝土抗裂性能，并加强施工现场的指挥调度及交接班；浇筑后，采取蓄热保温的养护措施，浇筑好的混凝土覆盖塑料膜一层，麻袋片两层，再上覆一层彩条布，并加强温度监测，对温差过大的地方，采用浇水或增加覆盖层的方法来控制温差，进一步保证混凝土的质量。
3.3 安装工程
安装工程包括泵站管道安装、水泵安装、钢闸门、启闭机安装、清污机安装、高、低压配电柜安装、控制柜安装、控制系统安装、仪表安装、电缆敷设、照明器具安装、桥架安装、泵闸紫铜止水安装、泵闸小型预埋件安装等。
新建泵闸主要的安装工作集中泵站内，施工总体遵循由深至浅、与土建施工同步的原则，配合土建施工做好基础和预埋件安装。二台水泵的安装采用流水作业法，交叉施工，避免相互干扰。合理安排管件进场，尤其是某些部件有预装检验过程和设备的清洗，要留有足够的平台位置搁置管件。严格防止吊装和设备安装调整在同一台设备上同时进行，避免出现安全事故。基础部件安装时须考虑混凝土的强度，必要时对该部位进行混凝土基础的强度校验。
3.4  管理楼基坑围护和基础施工
综合管理楼位于泵闸西北侧，其下有2根已封堵的施工导流涵管，管理楼北侧为阳光房产的钢筋混凝土高挡土墙。管理房基础导梁设计高程3.8m，基槽设计深度2m，根据规程基坑等级为三级。基坑围护采用Ø800,L=10m@1m的C30钻孔灌注桩。综合楼基础采用Ø60 0,L=26m的C30钻孔灌注桩。基坑围护和基础施工主要内容为围护桩施工、工程桩施工、基坑开挖等。
由于管理楼的基槽离阳光房产混凝土挡土墙最近约1.8m，挡土墙后填土高度3m，墙内还布置有市政管线，因此给管理楼的基础施工带来了很大的难度；同时龙华港泵闸是徐汇区迎世博重点项目，整个工程须提前于2010年世博会前完工，综合楼基坑围护以及基础处理为关键线路，工期相当紧张；其次，新建综合管理楼位于北岸阳光房产挡土墙与新建防汛墙20m范围内，场地小限制了施工机械的调配，综合楼所处位置原先为码头，地下障碍物众多，给灌注桩施工带来了很大的施工难度。工程处于上海市徐汇区世博会周边地区，四周环境复杂，对灌注桩施工和对文明施工有很高要求。
 
4、小结
新建龙华港泵闸与2008年开工建设，经历了3年的汛期以及2010年的世博会，目前基本建成但尚未进行完工验收。龙华港泵闸的建设期间外界因素变化较多，设计方案及施工计划需及时进行调整以适应外界变化。本文对龙华港泵闸的设计施工进行了简单小结，希望能为类似工程的设计施工提供借鉴。
 
5、参考文献
1、《龙华港泵闸外移工程初步设计报告》（上海勘测设计研究院，2007年10月）；
2、《龙华港泵闸外移工程施工图》（上海勘测设计研究院，2009年04月）。
 

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文章名称： 龙华港泵闸外移工程中的设计亮点与施工难点

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